(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211155337.0 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学城乌龙江北 大道2号福州大 学 (72)发明人 任志英　黄子豪　王秦伟　莫继良　 白鸿柏　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 张灯灿　蔡学俊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度 寿命评估方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于虚拟制备技术的金属 橡胶跨尺度寿命评估方法， 包括以下步骤： 步骤 S1： 运用虚拟制备技术构建金属橡胶内部复杂多 点随机接触的空间网状数值模型； 步骤S2： 统计 有限元仿真模拟加卸载循环过程中内部金属丝 接触参数变化并储存在超维度矩阵中； 步骤S3： 以单线匝微动磨损预测模型建立微观层面金属 橡胶内部接触点磨损模型； 步骤S4： 通过等间距 原则将单线匝微元区间叠加， 建立金属橡胶宏观 整体疲劳损伤的累积预测模型。 该方法有利于准 确、 高效地评价金属橡胶构件的疲劳寿 命。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115544827 A 2022.12.30 CN 115544827 A 1.一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤S1： 运用虚拟制备技术构建金属橡胶内部复杂多点随机接触的空间网状数值模 型； 步骤S2： 统计有限元仿真模拟加卸载循环过程中内部金属丝接触参数变化并储存在超 维度矩阵中； 步骤S3： 以单线匝微动磨损预测模型建立 微观层面金属橡胶内部 接触点磨损模型； 步骤S4： 通过等间距原则将单线匝微元区间叠加， 建立金属橡胶宏观整体疲劳损伤 的 累积预测模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S1具体包括以下步骤： 步骤101： 参数化建立金属丝螺旋卷数值模型， 其中心基准轴线为绕圆柱的螺旋线， 并 按照设定的螺 旋卷空间缠绕规则生成多根螺 旋卷； 步骤102： 保持金属丝螺旋卷的物 理特性以及轨迹路径参数不变， 靠拢金属丝螺旋卷形 成毛坯数值模型； 步骤103： 根据冲压工艺流程对毛坯数值模型进行成型冲压， 得到成型后的金属橡胶的 空间网状数值模型。 3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 所述步骤102中， 根据建立的单根金属丝螺旋卷的数值模型， 将螺旋卷的中心基 准轴线位置坐标往外移动一段距离形成一条新的螺旋卷， 模拟后面覆盖的金属丝螺旋卷， 以此类推建立多 条未接触的金属丝螺旋卷； 保持金属丝螺旋卷的物理特性以及轨迹路径参 数不变， 靠 拢金属丝 螺旋卷形成毛坯数值模型。 4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 所述步骤103中， 根据冲压工艺流程， 限制两端 金属丝截面端点 沿x,y轴方向的平 动自由度以及绕x,y,z轴的转动自由度， 仅释放模型沿z轴， 即冲压加载方向的平动自由度， 得到金属橡胶成型后的数值模型。 5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S2具体包括以下步骤： 步骤201： 通过小球算法和禁忌搜索算法对金属橡胶内部各金属丝间的接触状态进行 分析计算， 对金属橡胶内部接触点的数量变化、 分布特点以及接触形式与接触摩擦状态进 行精确追踪； 步骤202： 通过有限元后处理手段提取各个接触点的接触参数， 每个接触点均由一个超 维度矩阵储 存接触参数来表征接触 状态。 6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 所述步骤201中， 采用小球算法和禁忌搜索算法对金属丝的接触状态进 行分析计 算， 将金属丝微元化后取质心 为圆心， 取接触阈值Δ为半径创建接触小球， 通过模型加卸载 过程中各小球间的接触碰撞来判断金属丝微元间接触点数量， 对金属橡胶内部接触点的数 量变化、 分布特点以及接触形式与接触摩擦状态进行精确追踪。 7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544827 A 2特征在于， 所述步骤S3中， 采用MSC.Marc软件对 金属丝进行微动磨损有限元分析， 根据仿 真 结果确定金属丝的磨损形貌、 磨损深度与磨损体积， 获得不同接触夹角下磨损形貌等值线 图以及变化曲线图， 得到任意接触 状态下的磨损模型。 8.根据权利要求7所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 获得不同接触夹角下磨损形貌等值线图以及变化 曲线图后， 结合微动磨损预测 模型以及Archard磨损机理， 得到任意接触状态下的磨损深度演化模 型， 磨损深度与磨损体 积的关系为： 其中， h为金属丝的磨损深度， V为磨损体积， R1、 R2为金属丝直径， θ为金属丝之间的接触 夹角， a0、 a分别为金属丝的接触初始半径、 磨痕半宽 。 9.根据权利要求1所述的一种基于虚拟制备技术的金属橡胶跨尺度寿命评估方法， 其 特征在于， 所述步骤S4中， 将单根金属丝微观磨损结果按等间距原则叠加， 带入基于虚拟制 备技术的无序网状结构金属橡胶材料的空间网状数值模型中， 找到金属橡胶材料内部空间 离散各接触点的位置和数量， 然后通过概率统计法， 对数值模型磨损体积累计进行综合判 定， 判断金属橡胶内部各接触点磨损累计是否超过疲劳失效的破坏准则。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544827 A 3